稀土元素对无取向硅钢夹杂物改性的影响机制

文摘   2024-11-16 12:01   英国  
无取向硅钢广泛应用于新能源汽车的驱动电机中,因其具有出色的磁性能而被视为关键材料。然而,钢中的夹杂物会显著降低其磁性能,增加电能损耗,因此需要改进夹杂物的形态与分布。稀土元素由于具有高氧亲和力与硫亲和力,能够有效去除夹杂物,从而改善硅钢的性能。
         

 

尽管已有研究探讨了稀土元素在硅钢中改善夹杂物形态的效果,但大多数实验研究局限于高稀土含量的实验室条件下。对于低含量稀土元素在工业化条件下如何影响夹杂物形态与微观机制的研究仍然不足,特别是在如何实现夹杂物的球化及形成复合夹杂物方面缺乏系统的理解。
         

 

最近,安徽工业大学的乔家龙与潘红波教授及其团队通过在无取向硅钢中添加不同含量的稀土元素(La和Ce),研究了稀土在低含量条件下对夹杂物的形态和成分的影响。他们发现,稀土元素可有效促进夹杂物的球化,并生成以稀土铝酸盐为核心的复合夹杂物,显著减少硫化物的析出。
         

 

相关研究成果以“Influence mechanism of rare earth (RE) on inclusion modification in non-oriented silicon steel”为题目发表于Metallurgical Research & Technology期刊2024年第121卷第604期。论文作者为:Haijun Wang, Kaixuan Shao, Yuhao Niu, Jialong Qiao, Hongbo Pan, Shengtao Qiu。   

该论文的主要研究结果与结论如下:
  • 在稀土含量为21 ppm的条件下,稀土元素主要通过去氧化和转化Al2O3夹杂物形成(La,Ce)AlO3复合夹杂物。
  • 稀土含量增加至29–45 ppm时,夹杂物主要表现为(La,Ce)AlO3-(La,Ce)2O2S和(La,Ce)2O2S结构,并显著降低硫化物的析出。
  • 随着稀土元素的加入,Al2O3夹杂物逐渐球化,形态从不规则转变为近球形。
  • E2EM模型分析表明,LaAlO3、CeAlO3、La2O2S和Ce2O2S能够作为AlN、Al2O3等夹杂物的异质形核核心,有助于生成稳定的复合夹杂物。
  • 热力学分析显示,稀土含量的增加会导致夹杂物的核心从(La,Ce)AlO3逐步过渡为(La,Ce)2O2S,实验结果与此分析一致。

论文中的主要图片和表格如下:                   

 

图2. Re-21、Re-29 和 Re-45 样品的热轧带钢中的典型夹杂物
         

 

图3. 夹杂物形貌变化的示意图
         

 

   
图4. 热轧带钢中夹杂物的分布
         

 

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